Wire Wisdom : Températures nominales

Les températures nominales des fils et câbles sont des paramètres de fonctionnement essentiels. L'utilisation de fils et câbles en dehors de leur plage de température prévue peut conduire à des pannes de fonctionnement prématurées, aux conséquences souvent coûteuses. Certaines des températures nominales les plus couramment utilisées dans l'industrie des fils et câbles sont présentées ci-dessous.

Température maximale de fonctionnement

Il s'agit de la température nominale à laquelle les utilisateurs de câbles pensent en premier. Elle se définit habituellement comme la température continue maximale que le câble peut supporter pendant sa durée de vie. Elle est généralement limitée par les caractéristiques de vieillissement thermique des polymères, c.-à-d. celles des plastiques utilisés pour l'isolant ou le gainage du câble. Les éléments métalliques du câble limitent rarement la température nominale, à l'exception des câbles haute température pour lesquels l'oxydation du métal commence à devenir un facteur significatif à partir d'environ 250° C.

Le vieillissement des polymères les rend plus cassants au fil du temps. On parle couramment d'allongement à la rupture pour faire référence à la mesure de la fragilité. C'est une mesure, réalisée en laboratoire, de l'étirement maximal d'un matériau avant sa rupture. Les polymères utilisés dans l'industrie des câbles ont généralement au départ un allongement à la rupture situé dans une fourchette de 300 à 700 pour cent selon leur type. En d'autres termes, certains polymères peuvent être étirés jusqu'à sept fois leur longueur initiale avant de casser. La fin de vie des polymères est souvent définie comme le point à partir duquel l'allongement à la rupture diminue jusqu'à 50 pour cent, parce qu'alors même de faibles courbures du fil ou du câble peuvent provoquer des craquelures dans l'isolant ou dans la gaine, ou bien dans les deux.

Chaque polymère dispose de caractéristiques de vieillissement thermique qui lui sont propres. On peut toutefois estimer qu'en règle générale, chaque fois que l'on augmente la température de fonctionnement d'un polymère de 10° C, sa durée de vie est divisée par deux. Par exemple, on estime qu'un fil conçu pour durer 40 ans à une température de 90° C ne durera que 20 ans à 100° C et 10 ans à 110° C. Le modèle mathématique utilisé pour calculer la relation entre la température et la durée de vie d'un câble est appelé la relation d'Arrhenius [1] d'après le nom du chimiste suédois qui l'a développé. La relation d'Arrhenius, ainsi que l'expérience du terrain et les essais de vieillissements menés en laboratoire, constituent la base de détermination de la température nominale de fonctionnement de la plupart des fils et câbles.

Température minimale de pliage à froid

La plupart des polymères deviennent de plus en plus cassants au fur et à mesure de l'abaissement de leur température. Selon leur type, les polymères commencent à se craqueler lorsqu'ils sont pliés à des températures allant approximativement de –10° C à –80° C. La température minimale de pliage à froid d'un fil est généralement définie comme la température la plus basse à laquelle il peut être plié sans que des craquelures n'apparaissent, en conditions particulières de laboratoire. L'industrie utilise plusieurs méthodes d'essai pour déterminer cette température. Celles-ci consistent généralement à refroidir le fil à une température spécifiée (typiquement à –25° C), puis à enrouler le fil autour d'un mandrin dont le diamètre se situe dans une fourchette de 4 à 8 fois le diamètre du fil. Ces méthodes d'essai sont décrites plus en détails dans la Section 7.5 de la norme UL 2556.[2]

Température minimale d'installation

Il s'agit de la température d'installation la plus basse recommandée par le fabricant pour un fil ou un câble donné. Cette température est habituellement de 10 à 20° C plus élevée que la température de pliage à froid définie en laboratoire, afin de compenser l'effet des forces mécaniques supérieures souvent mises en jeu lors de l'installation.

Température minimale en flexion permanente

La température minimale en flexion permanente est la température la plus basse à laquelle un fil peut supporter sans dommage des flexions répétées pendant toute sa durée de vie. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les applications dans lesquelles le fil ou le câble subit des milliers ou même des millions de flexions à très basses températures. Le câblage d'un système automatisé de manutention de matériel situé à l'intérieur d'un entrepôt de stockage de crème glacée, où la température ambiante est maintenue à -30° C, constitue un exemple d'une telle application.

Températures de surcharge d'urgence et de court-circuit

Dans certaines situations, les utilisateurs de câbles d'alimentation doivent faire fonctionner un câble sous une charge électrique supérieure à la normale (en termes de température) pendant une durée limitée. Les câbles ont donc été développés pour pouvoir supporter de telles surcharges. Par exemple, de nombreux câbles d'alimentation, donnés pour une température de fonctionnement de 90° C, ont une température de surcharge d'urgence leur permettant de fonctionner à 130° C pendant un maximum de 500 heures pendant leur durée de vie. En général, ces câbles ont également une température nominale de court-circuit qui représente la plus haute température que le câble peut supporter en cas de court-circuit électrique durant environ une demie seconde au maximum. Pour les câbles d'alimentation donnés pour une température de fonctionnement de 90° C, la température nominale de court-circuit est habituellement de 250° C.[3]


[1] SAE Standard AS4851A, Relative Thermal Life and Temperature Index for Insulated Electric Wire, sae.org
[2] UL Standard 2556, Wire and Cable Test Methods, ul.com
[3] NE MA WC70 (ICEA S-95-658), Standard for Nonshielded Power Cables Rated 2000V or Less, icea.net

 

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